LTE-SAE體系結(jié)構(gòu)及性能剖析

IP networks：IP網(wǎng)絡(luò)

Other access:其它接入技術(shù)

LTE接入技術(shù)

在仔細(xì)研究了各種不同的接入技術(shù)之后，3GPP選擇了OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)作為下行方向的接入技術(shù)，并選擇了SC-FDMA（單載波頻分多址）技術(shù)作為上行方向的接入技術(shù)。這兩項(xiàng)技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)頻譜靈活性，同時(shí)也能滿足有關(guān)吞吐量和頻譜效率的苛刻指標(biāo)。

本質(zhì)而言，LTE物理層只為其上的網(wǎng)絡(luò)層提供共享信道，使用的是一個(gè)1毫秒的傳輸時(shí)間間隔（TTI）。與HSPA中所采用的方法類似，LTE必須采用速率自適應(yīng)和具有軟合并功能的混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）迅速適應(yīng)各種信道變化，而采用OFDM和SC-FDMA技術(shù)可以探測(cè)到頻率和時(shí)間域內(nèi)的變化。LTE物理層中的子載波間距為15kHz。

無線接口協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)基于HSPA的體系結(jié)構(gòu)。協(xié)議的名稱相同，而且功能也相似。不同之處在于LTE和HSPA所采用的多址技術(shù)不同，還有就是LTE是一個(gè)全分組系統(tǒng)（也就是說，沒有必要支持傳統(tǒng)的電路交換域）。圖2顯示了無線接口協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。請(qǐng)注意：除了非接入層（NAS）協(xié)議之外，所有無線接口協(xié)議都終接于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的eNodeB。

PDCP（分組數(shù)據(jù)融合協(xié)議）負(fù)責(zé)處理無線接口的報(bào)頭壓縮和安全功能。RLC（無線鏈路控制）協(xié)議主要負(fù)責(zé)確保數(shù)據(jù)的無損耗傳輸。MAC（媒體接入控制）協(xié)議負(fù)責(zé)處理上下行調(diào)度和HARQ信令。

與此類似，RRC（無線資源控制）協(xié)議負(fù)責(zé)處理無線承載的建立、激活模式的移動(dòng)性管理以及系統(tǒng)信息的廣播，而NAS協(xié)議負(fù)責(zé)處理空閑模式的移動(dòng)性管理和業(yè)務(wù)建立。

圖2 無線接口協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) – 控制平面和用戶平面

User plane:用戶平面

Control：控制平面

LTE-SAE network：LTE-SAE網(wǎng)絡(luò)

LTE性能評(píng)估

在對(duì)LTE的接入性能進(jìn)行全面評(píng)估后，3GPP得出的結(jié)論是：LTE接入技術(shù)不僅能夠滿足所規(guī)定的要求，而且能實(shí)現(xiàn)所期望的頻譜靈活性。目前已經(jīng)進(jìn)行了很多系統(tǒng)級(jí)和鏈路級(jí)的性能模擬試驗(yàn)。下面列出了模擬試驗(yàn)所達(dá)到的頻譜效率和用戶吞吐量。

頻譜效率為：當(dāng)站間距離（ISD）為500米時(shí)，下行方向1.7-2.7bps/Hz/小區(qū)，上行方向0.7bps/Hz/小區(qū)。

小區(qū)邊緣用戶吞吐量為：當(dāng)使用10個(gè)用戶進(jìn)行模擬而且每個(gè)小區(qū)的緩存都滿載時(shí)，下行方向0.18-0.28bps/Hz/小區(qū)，上行方向0.022-0.05bps/Hz/小區(qū)。

我們從圖3所示的峰值速率可以看出，LTE滿足并超過了下行100Mbps和上行50Mbps的目標(biāo)。實(shí)際上，如果分配20MHz的頻譜，LTE的下行速率可超過325Mbps，上行速率可超過80Mbps。

往返時(shí)間（RTT）約為7毫秒，單向時(shí)延為3.5毫秒，HARQ RTT為5毫秒。

圖3 不同頻譜分配情況下的LTE峰值比特率

Peak data rate:峰值數(shù)據(jù)速率

Uplink：上行

Downlink：下行

Bandwidth：帶寬

操作與維護(hù)

對(duì)LTE-SAE的一個(gè)重要要求是能夠降低運(yùn)營(yíng)支出。自我管理在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)方面扮演了一個(gè)關(guān)鍵角色。例如，自我配置功能有助于方便快速地安裝、集成和部署基站（包括無線接入網(wǎng)的初期建設(shè)），減少準(zhǔn)備工作量以及與運(yùn)營(yíng)商的交流工作量，從而降低成本，提升LTE-SAE網(wǎng)絡(luò)的初期部署速度。同樣，自我優(yōu)化功能可減少調(diào)整和維護(hù)LTE-SAE網(wǎng)絡(luò)的工作量，這些功能包括：自動(dòng)優(yōu)化相鄰小區(qū)和自動(dòng)調(diào)整用于控制切換以及其它無線資源管理算法的參數(shù)。

終端與設(shè)備

LTE從一開始就被設(shè)計(jì)用于支持小型、高性能、高能效的最終用戶設(shè)備。除了手機(jī)和筆記本電腦之外，LTE還將支持多種設(shè)備：

對(duì)上下行速率有著極高要求的設(shè)備，如電視機(jī)和攝像機(jī)

對(duì)時(shí)延有著極高要求的設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)游戲機(jī)。

LTE-SAE的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)

目前全球主流廠家正在正在加緊開發(fā)LTE-SAE產(chǎn)品。

無線接入產(chǎn)品

領(lǐng)先的廠家通常把LTE和HSPA產(chǎn)品將基于相同的軟硬件體系結(jié)構(gòu)，首批產(chǎn)品將支持多個(gè)頻段以及FDD和TDD。

通過使用插件，運(yùn)營(yíng)商可以將LTE添加到現(xiàn)有的基站中，使它們支持雙模式和雙頻段。在這個(gè)場(chǎng)景中，運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)（OSS）將支持網(wǎng)絡(luò)遷移和無縫管理。易用特性包括：即插即用型基站、自動(dòng)調(diào)試、關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）的自動(dòng)報(bào)告功能。

此外還將開發(fā)獨(dú)立、高性能的宏基站和微型基站產(chǎn)品。“主用單元-遠(yuǎn)程單元”的理念將有助于在空間有限和很難獲得合適空間的站點(diǎn)部署新設(shè)備。
例如，在今年的巴塞羅那“2008全球移動(dòng)大會(huì)”上，愛立信公布了其下一代無線基站RBS 6000系列產(chǎn)品。該節(jié)能型的站點(diǎn)解決方案提供了市場(chǎng)上最小的宏基站，而且同時(shí)支持GSM/EDGE、WCDMA/HSPA和LTE等多種技術(shù)。該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了開發(fā)一個(gè)真正多標(biāo)準(zhǔn)的解決方案的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，而且為客戶提供一個(gè)無縫、集成和環(huán)保的解決方案。

核心網(wǎng)產(chǎn)品

先進(jìn)的所有適用核心網(wǎng)產(chǎn)品未來都應(yīng)該支持SAE功能?；谘葸M(jìn)后的核心網(wǎng)產(chǎn)品的網(wǎng)關(guān)功能將支持LTE業(yè)務(wù)，為GSM和WCDMA/HSPA系統(tǒng)提供GGSN功能，并提供對(duì)移動(dòng)IP的支持。MME功能即可以用作一個(gè)獨(dú)立的LTE移動(dòng)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，也可以與GSM和WCDMA/HSPA系統(tǒng)的SGSN功能結(jié)合使用。此外， HSS和策略控制器（Policy Controller）也將支持SAE功能。結(jié)果就是一個(gè)支持所有接入技術(shù)的通用核心網(wǎng)。

移動(dòng)平臺(tái)、寬帶模塊和固定無線終端產(chǎn)品

LTE移動(dòng)平臺(tái)再次采用了被實(shí)踐證明非常成功的WCDMA移動(dòng)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)，因此可確保穩(wěn)定性、縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間、并降低成本。例如，終端設(shè)備廠商將會(huì)看到，EMP的LTE移動(dòng)平臺(tái)使用了與WCDMA移動(dòng)平臺(tái)相同的軟件界面。

對(duì)首款商用芯片組針對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計(jì)用于緊湊型的移動(dòng)電子設(shè)備，如手機(jī)、筆記本電腦的寬帶模塊、電視機(jī)、攝像機(jī)和固定無線終端設(shè)備等。

LTE芯片組的關(guān)鍵特性包括：上下行速率分別為100Mbps和50Mbps、多種帶寬、支持4個(gè)頻段。

將LTE、GSM和WCDMA/HSPA集成到LTE移動(dòng)平臺(tái)上將可確保LTE受益于WCDMA的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。因此，LTE從誕生之日起就能實(shí)現(xiàn)全國(guó)覆蓋和全球漫游。